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从伽马射线爆发中发现最高能量的光子!能量能否达到太电子伏特?

伽马射线爆发是一种短暂且威力极大的宇宙爆炸,伽马射线暴(GRB)被认为是大质量恒星坍塌或或超新星或中子星在遥远星系中合并的结果。

伽马射线爆发是一种短暂且威力极大的宇宙爆炸,伽马射线暴(GRB)被认为是大质量恒星坍塌或或超新星或中子星在遥远星系中合并的结果。伽马射线暴从最初非常明亮的闪光开始,称为即时发射,持续时间从零点几秒到数百秒不等。即时发射伴随着所谓的余辉,一种不太明亮但持续时间更长的发射,在广泛的波长范围内,随着时间的推移而褪色。伽马射线暴190114C的发现,首次测量到最高能量的光子,其研究发现发表在《自然》期刊上。

从伽马射线爆发中发现最高能量的光子!能量能否达到太电子伏特?

这一突破性观测为理解伽马射线爆发中的物理过程提供了关键见解,伽马射线爆发仍然是神秘的。此次探测到的光子必须来自迄今为止在伽玛暴余辉中看不到的过程,明显不同于已知的导致其在较低能量下发射的物理过程。两颗空间卫星独立发现了这一伽玛射线暴:尼尔·盖瑞斯·斯威夫特天文台和费米伽玛射线空间望远镜。这一事件被命名为GRB190114C,在22秒内,它在天空中的坐标作为电子警报分发给世界各地的天文学家,包括Magic Collaboration,他操作着位于西班牙拉帕尔马两个直径为17米的切伦科夫望远镜。

MAGIC多波长观测

由于伽玛暴出现在天空中不可预测的位置,然后迅速褪色,通过望远镜进行观察需要一个专门的后续策略。自动系统实时处理来自卫星仪器的伽马射线爆发警报,并使望远镜迅速指向伽马射线爆发的天空位置。这些望远镜被设计为非常轻,并且能够快速重新定位:尽管每个望远镜的重量为64吨,但它们可以在大约25秒内到达并开始观察天空中的任何给定位置。MAGIC能够在伽马射线爆发开始50秒后开始观察GRB 190114C。对最初几十秒结果数据的分析揭示了余辉中光子发射达到太电子伏(TeV)能量,即比可见光高出一万亿倍的能量。

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在此期间,来自GRB190114C的TeV光子发射比已知TeV能量最亮稳定源蟹状星云强100倍。通过这种方式,GRB190114C成为已知最亮TeV光子源的创纪录者。正如对GRB余辉的预期,发射随着时间的推移而迅速褪色,类似于在较低能量下已知的余辉发射。在卫星发出警报几小时后,经过仔细检查初步数据,MAGIC望远镜观测团队首次向国际天文学家宣布了对伽玛暴中TeV光子的明确检测。这促进了二十多个观测站和仪器对GRB 190114C的多波长(MWL)后续观测广泛活动,提供了从无线电波段到TeV能量,该伽马射线暴的完整观测画面。

最高能量光子

尽管一些理论研究已经预测了伽马射线暴余辉中的太电子伏(TeV)能量发射,但在很长一段时间内,它在观测上仍然是难以捉摸的,尽管在过去的几十年中,使用包括MAGIC在内的各种仪器对TeV能量进行了无数次搜索。MAGIC最终探测到TeV光子的产生背后是什么物理机制?MAGIC合作的副发言人安东尼奥·斯塔梅拉指出:这些能量远远高于同步辐射的预期,这是由高能电子在磁场中旋转引起。这一过程被认为是先前在伽马射线暴余辉中较低能量下观察到的发射原因。这些新的结果,加上非常全面的MWL数据,为余辉中额外的独特发射过程提供了第一个明确的证据。

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从研究来看,TeV发射最有可能的来源是所谓的逆康普顿过程,即通过与高能电子碰撞,光子群体的能量显著增加。自从伽马射线爆发首次被发现50多年后,许多基本方面仍然是神秘的。在电磁光谱新TeV窗口中发现GRB 190114C的伽马射线发射,表明伽马射线暴威力比以前想象的更强。通过MAGIC获得的关于GRB 190114C丰富新数据和广泛的MWL后续观测现在提供了重要线索,以解开一些关于伽马射线暴中物理过程的奥秘。通过MAGIC对之前所有伽马射线暴后续活动的比较研究表明,GRB 190114C并不是一个特别独特的事件,成功地探测要归功于该仪器的出色性能。

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